函数式接口
Yuxuan Wu Lv13
2021-05-02 00:04:10 5.8k Words 23 Mins

day12【函数式接口】

主要内容

  • 自定义函数式接口

  • 函数式编程

  • 常用函数式接口

教学目标

  • 能够使用@FunctionalInterface注解

  • 能够自定义无参无返回函数式接口

  • 能够自定义有参有返回函数式接口

  • 能够理解Lambda延迟执行的特点

  • 能够使用Lambda作为方法的参数

  • 能够使用Lambda作为方法的返回值

  • 能够使用Supplier函数式接口

  • 能够使用Consumer函数式接口

  • 能够使用Function函数式接口

  • 能够使用Predicate函数式接口

第一章 函数式接口

1.1 概念

函数式接口在Java中是指：有且仅有一个抽象方法的接口。

函数式接口，即适用于函数式编程场景的接口。而Java中的函数式编程体现就是Lambda，所以函数式接口就是可以适用于Lambda使用的接口。只有确保接口中有且仅有一个抽象方法，Java中的Lambda才能顺利地进行推导。

备注：“语法糖”是指使用更加方便，但是原理不变的代码语法。例如在遍历集合时使用的for-each语法，其实底层的实现原理仍然是迭代器，这便是“语法糖”。

从应用层面来讲，Java中的Lambda可以被当做是匿名内部类的“语法糖”，但是二者在原理上是不同的。

1.2 格式

只要确保接口中有且仅有一个抽象方法即可：

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修饰符 interface 接口名称 {
public abstract 返回值类型 方法名称(可选参数信息);
	// 其他非抽象方法内容
}

由于接口当中抽象方法的public abstract是可以省略的，所以定义一个函数式接口很简单：

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public interface MyFunctionalInterface {
	void myMethod();
}

1.3 @FunctionalInterface注解

与@Override 注解的作用类似，Java 8中专门为函数式接口引入了一个新的注解：@FunctionalInterface 。该注解可用于一个接口的定义上：

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@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface {
	void myMethod();
}

一旦使用该注解来定义接口，编译器将会强制检查该接口是否确实有且仅有一个抽象方法，否则将会报错。需要注意的是，即使不使用该注解，只要满足函数式接口的定义，这仍然是一个函数式接口，使用起来都一样。

1.4 自定义函数式接口

对于刚刚定义好的MyFunctionalInterface 函数式接口，典型使用场景就是作为方法的参数：

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public class Demo09FunctionalInterface {
// 使用自定义的函数式接口作为方法参数
private static void doSomething(MyFunctionalInterface inter) {
	inter.myMethod(); // 调用自定义的函数式接口方法
}
public static void main(String[] args) {
  // 调用使用函数式接口的方法
  doSomething(() ‐> System.out.println("Lambda执行啦！"));
	}
}

demo in class

implements

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package com.itheima.demo01.FunctionalInterface;
/*
    @Override注解
    检查方法是否为重写的方法
        是:编译成功
        否:编译失败
 */
public class MyFunctionalInterfaceImpl implements MyFunctionalInterface{
    @Override
    public void method() {

    }

    /*@Override
    public void method2() {

    }*/

    /*@Override
    public void method3() {

    }*/
}

interface

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package com.itheima.demo01.FunctionalInterface;
/*
    函数式接口:有且只有一个抽象方法的接口,称之为函数式接口
    当然接口中可以包含其他的方法(默认,静态,私有)

    @FunctionalInterface注解
    作用:可以检测接口是否是一个函数式接口
        是:编译成功
        否:编译失败(接口中没有抽象方法抽象方法的个数多余1个)
 */
@FunctionalInterface
public interface MyFunctionalInterface {
    //定义一个抽象方法
    public abstract void method();
}

demo_test这里主要展示了函数式接口的传递（实现类）

  • 实现类

  • 匿名内部类的使用

  • lambda表达式 

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package com.itheima.demo01.FunctionalInterface;
/*
    函数式接口的使用:一般可以作为方法的参数和返回值类型
 */
public class Demo {
    //定义一个方法,参数使用函数式接口MyFunctionalInterface
    public static void show(MyFunctionalInterface myInter){
        myInter.method();
    }

    public static void main(String[] args) {
        //调用show方法,方法的参数是一个接口,所以可以传递接口的实现类对象
        show(new MyFunctionalInterfaceImpl());

        //调用show方法,方法的参数是一个接口,所以我们可以传递接口的匿名内部类
        show(new MyFunctionalInterface() {
            @Override
            public void method() {
                System.out.println("使用匿名内部类重写接口中的抽象方法");
            }
        });

        //调用show方法,方法的参数是一个函数式接口,所以我们可以Lambda表达式
        show(()->{
            System.out.println("使用Lambda表达式重写接口中的抽象方法");
        });

        //简化Lambda表达式
        show(()-> System.out.println("使用Lambda表达式重写接口中的抽象方法"));
    }
}

第二章 函数式编程

在兼顾面向对象特性的基础上，Java语言通过Lambda表达式与方法引用等，为开发者打开了函数式编程的大门（简化程序）。下面我们做一个初探。

2.1 Lambda的延迟执行

有些场景的代码执行后，结果不一定会被使用，从而造成性能浪费。而Lambda表达式是延迟执行的，这正好可以作为解决方案，提升性能。

性能浪费的日志案例

注:日志可以帮助我们快速的定位问题，记录程序运行过程中的情况，以便项目的监控和化。

一种典型的场景就是对参数进行有条件使用，例如对日志消息进行拼接后，在满足条件的情况下进行打印输出：

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public class Demo01Logger {
    //定义一个根据日志的级别,显示日志信息的方法
    public static void showLog(int level, String message){
        //对日志的等级进行判断,如果是1级别,那么输出日志信息
        if(level==1){
            System.out.println(message);
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //定义三个日志信息
        String msg1 = "Hello";
        String msg2 = "World";
        String msg3 = "Java";

        //调用showLog方法,传递日志级别和日志信息
        showLog(2,msg1+msg2+msg3);

    }
}

这段代码存在问题：无论级别是否满足要求，作为log方法的第二个参数，三个字符串一定会首先被拼接并传入方法内，然后才会进行级别判断。如果级别不符合要求，那么字符串的拼接操作就白做了，存在性能浪费。

因为每次字符串的拼接都需要重新开辟内存地址

日志案例

  • 发现以下代码存在的一些性能浪费的问题
  • 调用showLog方法,传递的第二个参数是一个拼接后的字符串
  • 先把字符串拼接好,然后在调用showLog方法
  • showLog方法中如果传递的日志等级不是1级
  • 那么就不会是如此拼接后的字符串
  • 所以感觉字符串就白拼接了,存在了浪费

备注：SLF4J是应用非常广泛的日志框架，它在记录日志时为了解决这种性能浪费的问题，并不推荐首先进行字符串的拼接，而是将字符串的若干部分作为可变参数传入方法中，仅在日志级别满足要求的情况下才会进行字符串拼接。例如： LOGGER.debug(“变量{}的取值为{}。”, “os”, “macOS”) ，其中的大括号{} 为占位符。如果满足日志级别要求，则会将“os”和“macOS”两个字符串依次拼接到大括号的位置；否则不会进行字符串拼接。这也是一种可行解决方案，但Lambda可以做到更好。

体验Lambda的更优写法

使用Lambda优化日志案例：

  • Lambda的特点:延迟加载
  • Lambda的使用前提,必须存在函数式接口

使用Lambda必然需要一个函数式接口：

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@FunctionalInterface
public interface MessageBuilder {
		String buildMessage();
}

然后对log方法进行改造：

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package com.itheima.demo02.Lambda;
/*
    使用Lambda优化日志案例
    Lambda的特点:延迟加载
    Lambda的使用前提,必须存在函数式接口
 */
public class Demo02Lambda {
    //定义一个显示日志的方法,方法的参数传递日志的等级和MessageBuilder接口
    public static void showLog(int level, MessageBuilder mb){
        //对日志的等级进行判断,如果是1级,则调用MessageBuilder接口中的builderMessage方法
        if(level==1){
            System.out.println(mb.builderMessage());
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        //定义三个日志信息
        String msg1 = "Hello";
        String msg2 = "World";
        String msg3 = "Java";

        //调用showLog方法,参数MessageBuilder是一个函数式接口,所以可以传递Lambda表达式
        /*showLog(2,()->{
            //返回一个拼接好的字符串
            return  msg1+msg2+msg3;
        });*/
      
        showLog(1,()->{
            System.out.println("不满足条件不执行");
            //返回一个拼接好的字符串
            return  msg1+msg2+msg3;
        });
    }
}
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使用Lambda表达式作为参数传递,仅仅是把参数传递到showLog方法中
只有满足条件,日志的等级是1级
    才会调用接口MessageBuilder中的方法builderMessage
    才会进行字符串的拼接
如果条件不满足,日志的等级不是1级
    那么MessageBuilder接口中的方法builderMessage也不会执行
    所以拼接字符串的代码也不会执行
所以不会存在性能的浪费

这样一来，只有当级别满足要求的时候，才会进行三个字符串的拼接；否则三个字符串将不会进行拼接。

证明Lambda的延迟

下面的代码可以通过结果进行验证：

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public class Demo03LoggerDelay {
    private static void log(int level, MessageBuilder builder) {
        if (level == 1) {
        System.out.println(builder.buildMessage());
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        String msgA = "Hello";
        String msgB = "World";
        String msgC = "Java";
        log(2, () ‐> {
        System.out.println("Lambda执行！");
        return msgA + msgB + msgC;
        });
    }
}

从结果中可以看出，在不符合级别要求的情况下，Lambda将不会执行。从而达到节省性能的效果。

扩展：实际上使用内部类也可以达到同样的效果，只是将代码操作延迟到了另外一个对象当中通过调用方法来完成。而是否调用其所在方法是在条件判断之后才执行的.

2.2 使用Lambda作为参数和返回值

如果抛开实现原理不说，Java中的Lambda表达式可以被当作是匿名内部类的替代品。如果方法的参数是一个函数式接口类型，那么就可以使用Lambda表达式进行替代。使用Lambda表达式作为方法参数，其实就是使用函数式接口作为方法参数。

例如java.lang.Runnable接口就是一个函数式接口，假设有一个startThread 方法使用该接口作为参数，那么就可以使用Lambda进行传参。这种情况其实和Thread 类的构造方法参数为Runnable 没有本质区别。

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package com.itheima.demo03.LambdaTest;
/*
    例如java.lang.Runnable接口就是一个函数式接口，
    假设有一个startThread方法使用该接口作为参数，那么就可以使用Lambda进行传参。
    这种情况其实和Thread类的构造方法参数为Runnable没有本质区别。
 */
public class Demo01Runnable {
    //定义一个方法startThread,方法的参数使用函数式接口Runnable
    public static void startThread(Runnable run){
        //开启多线程
        new Thread(run).start();
    }

    public static void main(String[] args) {
        //调用startThread方法,方法的参数是一个接口,那么我们可以传递这个接口的匿名内部类
        startThread(new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+"线程启动了");
            }
        });

        //调用startThread方法,方法的参数是一个函数式接口,所以可以传递Lambda表达式
        startThread(()->{
            System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+"线程启动了");
        });

        //优化Lambda表达式
        startThread(()->System.out.println(Thread.currentThread().getName()+"-->"+"线程启动了"));
    }
}

类似地，如果一个方法的返回值类型是一个函数式接口，那么就可以直接返回一个Lambda表达式。当需要通过一个方法来获取一个java.util.Comparator 接口类型的对象作为排序器时,就可以调该方法获取。

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package com.itheima.demo03.LambdaTest;

import java.util.Arrays;
import java.util.Comparator;

/*
    如果一个方法的返回值类型是一个函数式接口，那么就可以直接返回一个Lambda表达式。
    当需要通过一个方法来获取一个java.util.Comparator接口类型的对象作为排序器时,就可以调该方法获取。
 */
public class Demo02Comparator {
    //定义一个方法,方法的返回值类型使用函数式接口Comparator
    public static Comparator<String> getComparator(){
        //方法的返回值类型是一个接口,那么我们可以返回这个接口的匿名内部类
        /*return new Comparator<String>() {
            @Override
            public int compare(String o1, String o2) {
                //按照字符串的降序排序
                return o2.length()-o1.length();
            }
        };*/

        //方法的返回值类型是一个函数式接口,所有我们可以返回一个Lambda表达式
        /*return (String o1, String o2)->{
            //按照字符串的降序排序
            return o2.length()-o1.length();
        };*/

        //继续优化Lambda表达式
        return (o1, o2)->o2.length()-o1.length();
    }

    public static void main(String[] args) {
        //创建一个字符串数组
        String[] arr = {"aaa","b","cccccc","dddddddddddd"};
        //输出排序前的数组
        System.out.println(Arrays.toString(arr));//[aaa, b, cccccc, dddddddddddd]
        //调用Arrays中的sort方法,对字符串数组进行排序
        Arrays.sort(arr,getComparator());
        //输出排序后的数组
        System.out.println(Arrays.toString(arr));//[dddddddddddd, cccccc, aaa, b]
    }

}

其中直接return一个Lambda表达式即可。

第三章 常用函数式接口

JDK提供了大量常用的函数式接口以丰富Lambda的典型使用场景，它们主要在java.util.function 包中被提供。

下面是最简单的几个接口及使用示例。

3.1 Supplier接口

java.util.function.Supplier<T> 接口仅包含一个无参的方法： T get() 。用来获取一个泛型参数指定类型的对象数据。由于这是一个函数式接口，这也就意味着对应的Lambda表达式需要“对外提供”一个符合泛型类型的对象数据。

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import java.util.function.Supplier;
public class Demo08Supplier {
    private static String getString(Supplier<String> function) {
		    return function.get();
    }
    public static void main(String[] args) {
        String msgA = "Hello";
        String msgB = "World";
        System.out.println(getString(() ‐> msgA + msgB));
    }
}

Another demo

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package com.itheima.demo04.Supplier;

import java.util.function.Supplier;

/*
    常用的函数式接口
    java.util.function.Supplier<T>接口仅包含一个无参的方法：T get()。用来获取一个泛型参数指定类型的对象数据。

    Supplier<T>接口被称之为生产型接口,指定接口的泛型是什么类型,那么接口中的get方法就会生产什么类型的数据
 */
public class Demo01Supplier {
    //定义一个方法,方法的参数传递Supplier<T>接口,泛型执行String,get方法就会返回一个String
    public static String getString(Supplier<String> sup){
        return sup.get();
    }

    public static void main(String[] args) {
        //调用getString方法,方法的参数Supplier是一个函数式接口,所以可以传递Lambda表达式
        String s = getString(()->{
            //生产一个字符串,并返回
            return "胡歌";
        });
        System.out.println(s);

        //优化Lambda表达式
        String s2 = getString(()->"胡歌");
        System.out.println(s2);
    }
}

3.2 练习：求数组元素最大值

题目

使用Supplier 接口作为方法参数类型，通过Lambda表达式求出int数组中的最大值。提示：接口的泛型请使用java.lang.Integer 类。

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package com.itheima.demo04.Supplier;


import java.util.function.Supplier;

/*
    练习：求数组元素最大值
        使用Supplier接口作为方法参数类型，通过Lambda表达式求出int数组中的最大值。
        提示：接口的泛型请使用java.lang.Integer类。
 */
public class Demo02Test {
   //定义一个方法,用于获取int类型数组中元素的最大值,方法的参数传递Supplier接口,泛型使用Integer
   public static int getMax(Supplier<Integer> sup){
       return sup.get();
   }

    public static void main(String[] args) {
        //定义一个int类型的数组,并赋值
        int[] arr = {100,0,-50,880,99,33,-30};
        //调用getMax方法,方法的参数Supplier是一个函数式接口,所以可以传递Lambda表达式
        int maxValue = getMax(()->{
            //获取数组的最大值,并返回
            //定义一个变量,把数组中的第一个元素赋值给该变量,记录数组中元素的最大值
            int max = arr[0];
            //遍历数组,获取数组中的其他元素
            for (int i : arr) {
                //使用其他的元素和最大值比较
                if(i>max){
                    //如果i大于max,则替换max作为最大值
                    max = i;
                }
            }
            //返回最大值
            return max;
        });
        System.out.println("数组中元素的最大值是:"+maxValue);
    }
}

3.3 Consumer接口

java.util.function.Consumer<T> 接口则正好与Supplier接口相反，它不是生产一个数据，而是消费一个数据，其数据类型由泛型决定。

抽象方法：accept

Consumer 接口中包含抽象方法void accept(T t) ，意为消费一个指定泛型的数据。基本使用如：

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import java.util.function.Consumer;
    public class Demo09Consumer {
        private static void consumeString(Consumer<String> function) {
        function.accept("Hello");
    }
    public static void main(String[] args) {
    		consumeString(s ‐> System.out.println(s));
    }
}

当然，更好的写法是使用方法引用。

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package com.itheima.demo05.Consumer;

import java.util.function.Consumer;

/*
    java.util.function.Consumer<T>接口则正好与Supplier接口相反，
        它不是生产一个数据，而是消费一个数据，其数据类型由泛型决定。
    Consumer接口中包含抽象方法void accept(T t)，意为消费一个指定泛型的数据。

   Consumer接口是一个消费型接口,泛型执行什么类型,就可以使用accept方法消费什么类型的数据
   至于具体怎么消费(使用),需要自定义(输出,计算....)
 */
public class Demo01Consumer {
    /*
        定义一个方法
        方法的参数传递一个字符串的姓名
        方法的参数传递Consumer接口,泛型使用String
        可以使用Consumer接口消费字符串的姓名
     */
    public static void method(String name, Consumer<String> con){
        con.accept(name);
    }

    public static void main(String[] args) {
        //调用method方法,传递字符串姓名,方法的另一个参数是Consumer接口,是一个函数式接口,所以可以传递Lambda表达式
        method("赵丽颖",(String name)->{
            //对传递的字符串进行消费
            //消费方式:直接输出字符串
            //System.out.println(name);

            //消费方式:把字符串进行反转输出
            String reName = new StringBuffer(name).reverse().toString();
            System.out.println(reName);
        });
    }
}

默认方法：andThen

如果一个方法的参数和返回值全都是Consumer 类型，那么就可以实现效果：消费数据的时候，首先做一个操作，然后再做一个操作，实现组合。而这个方法就是Consumer 接口中的default方法andThen 。下面是JDK的源代码：

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default Consumer<T> andThen(Consumer<? super T> after) {
		Objects.requireNonNull(after);
		return (T t) ‐> { accept(t); after.accept(t); };
}

备注： java.util.Objects 的requireNonNull 静态方法将会在参数为null时主动抛出NullPointerException 异常。这省去了重复编写if语句和抛出空指针异常的麻烦。

要想实现组合，需要两个或多个Lambda表达式即可，而andThen 的语义正是“一步接一步”操作。例如两个步骤组合的情况：

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import java.util.function.Consumer;
public class Demo10ConsumerAndThen {
    private static void consumeString(Consumer<String> one, Consumer<String> two) {
    		one.andThen(two).accept("Hello");
    }
    public static void main(String[] args) {
        consumeString(
        s ‐> System.out.println(s.toUpperCase()),
        s ‐> System.out.println(s.toLowerCase()));
    }
}

运行结果将会首先打印完全大写的HELLO，然后打印完全小写的hello。当然，通过链式写法可以实现更多步骤的组合。

3.4 练习：格式化打印信息

题目

下面的字符串数组当中存有多条信息，请按照格式“ 姓名：XX。性别：XX。”的格式将信息打印出来。要求将打印姓名的动作作为第一个Consumer 接口的Lambda实例，将打印性别的动作作为第二个Consumer 接口的Lambda实例，将两个Consumer 接口按照顺序“拼接”到一起。

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public static void main(String[] args) {

    String[] array = { "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男" };

}

解答

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import java.util.function.Consumer;
public class DemoConsumer {
public static void main(String[] args) {
      String[] array = { "迪丽热巴,女", "古力娜扎,女", "马尔扎哈,男" };
      printInfo(s ‐> System.out.print("姓名：" + s.split(",")[0]),
      s ‐> System.out.println("。性别：" + s.split(",")[1] + "。"),
      array);
      }
      private static void printInfo(Consumer<String> one, Consumer<String> two, String[] array) {
          for (String info : array) {
          one.andThen(two).accept(info); // 姓名：迪丽热巴。性别：女。
        }
    }
}

3.5 Predicate接口

有时候我们需要对某种类型的数据进行判断，从而得到一个boolean值结果。这时可以使用java.util.function.Predicate<T> 接口。

抽象方法：test

Predicate 接口中包含一个抽象方法： boolean test(T t) 。用于条件判断的场景：

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package com.itheima.demo06.Predicate;

import java.util.function.Predicate;

/*
    java.util.function.Predicate<T>接口
    作用:对某种数据类型的数据进行判断,结果返回一个boolean值

    Predicate接口中包含一个抽象方法：
        boolean test(T t):用来对指定数据类型数据进行判断的方法
            结果:
                符合条件,返回true
                不符合条件,返回false
*/
public class Demo01Predicate {
    /*
        定义一个方法
        参数传递一个String类型的字符串
        传递一个Predicate接口,泛型使用String
        使用Predicate中的方法test对字符串进行判断,并把判断的结果返回
     */
    public static boolean checkString(String s, Predicate<String> pre){
        return  pre.test(s);
    }

    public static void main(String[] args) {
        //定义一个字符串
        String s = "abcdef";

        //调用checkString方法对字符串进行校验,参数传递字符串和Lambda表达式
        /*boolean b = checkString(s,(String str)->{
            //对参数传递的字符串进行判断,判断字符串的长度是否大于5,并把判断的结果返回
            return str.length()>5;
        });*/

        //优化Lambda表达式
        boolean b = checkString(s,str->str.length()>5);
        System.out.println(b);
    }
}

条件判断的标准是传入的Lambda表达式逻辑，只要字符串长度大于5则认为很长。

默认方法：and

既然是条件判断，就会存在与、或、非三种常见的逻辑关系。其中将两个Predicate 条件使用“与”逻辑连接起来实现“并且”的效果时，可以使用default方法and 。其JDK源码为：

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default Predicate<T> and(Predicate<? super T> other) {
Objects.requireNonNull(other);
return (t) ‐> test(t) && other.test(t);
}

如果要判断一个字符串既要包含大写“H”，又要包含大写“W”，那么：

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import java.util.function.Predicate;
public class Demo16PredicateAnd {
private static void method(Predicate<String> one, Predicate<String> two) {
    boolean isValid = one.and(two).test("Helloworld");
    System.out.println("字符串符合要求吗：" + isValid);
    }
    public static void main(String[] args) {
        method(s ‐> s.contains("H"), s ‐> s.contains("W"));
    }
}
  • Post title：函数式接口
  • Post author：Yuxuan Wu
  • Create time：2021-05-02 00:04:10
  • Post link：yuxuanwu17.github.io2021/05/02/2021-05-02-函数式接口/
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